包含用改性層狀硅酸鹽增強的聚乳酸的聚合物納米復合物制造技術

聚合物納米復合物，包含：a)聚乳酸聚合物；和b)改性層狀硅酸鹽組合物，其包含改性劑，該改性劑為十六烷基三甲基銨陽離子，該陽離子插入層狀硅酸鹽的層之間，及該復合物的制備方法。該聚合物納米復合物特別用于包裝，特別是食物和飲料的包裝。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】包含用改性層狀硅酸鹽增強的聚乳酸的聚合物納米復合物本專利技術涉及包含改性層狀硅酸鹽的聚合物納米復合物，其制備方法，及其用于包裝，特別是食物包裝的用途。
技術介紹
近幾年，可生物降解樹脂，例如，聚乳酸(PLA)從環境保護觀點來看已成為焦點。PLA是生物降解熱塑性脂肪族聚酯，來源于可再生資源，例如玉米淀粉或甘蔗。PLA是剛性和高透明性可生物降解樹脂。然而，PLA在用作流體儲存容器(諸如食物儲存容器)材料時具有不足的氣體阻隔性能。PLA在一些應用(例如包裝)中，由于其剛性，具有不足的機械性能。最后，PLA在夏天月份里對熱灌裝或瓶子的運輸還具有不足的耐熱性。熱灌裝是一種飲料制造商用于降低細菌留存在其產品中的可能性的方法。該熱灌裝方法包括在產品通過高溫下的熱加工步驟殺菌之后立即灌裝容器。因此，PLA在其應用中有限制。為了改善PLA的氣體阻隔性，耐熱性和機械性能，在聚合物基體中通過分散摻入納米尺寸硅酸鹽是好的解決方案。納米復合物在當今有時用有機改性硅酸鹽制備，該有機改性硅酸鹽通常通過硅酸鹽與烷基銨鹽之間的陽離子交換反應而制得。改性層狀硅酸鹽的制備方 法是本領域已知的。因此，在適當的條件下，包含陽離子的有機化合物能夠通過與包含陰性層狀晶格和可交換陽離子的層狀硅酸鹽的離子交換進行反應從而形成改性層狀硅酸鹽。專利申請EP1787918描述了用層狀硅酸鹽增強的生物降解聚酯樹脂。該層狀硅酸鹽用銨，吡啶鎗，咪唑鎗或鱗離子取代。銨離子的實例包括四乙基銨，十八烷基三甲基銨，和二甲基雙十八烷基銨以及其他離子。該樹脂改進了氣體阻隔性能，但是沒有考慮關于機械性能方面的改進，例如斷裂伸長。因此，從本領域的現有技術來看，可以推斷人們對具有改進的機械性能、熱性能和阻隔性能的材料的發展仍然有極大的興趣。專利技術概述專利技術人已發現將包括十六烷基三甲基銨陽離子的改性層狀硅酸鹽組合物摻入至生物降解性聚合物，特別是聚乳酸聚合物(PLA)中，會導致聚合物納米復合物不僅表現出改進的機械性能，還表現出改進的阻隔性能和耐熱性。本專利技術的聚合物納米復合物表現出的優異阻隔性能一方面對于其儲存水性飲料(例如水，果汁，牛奶)的用途是有利的，因為穿過瓶壁的水蒸氣的損失最小化。另一方面，對于其儲存食物的用途也是有利的。食物容器必須具備良好的阻隔性能以防止氧氣擴散到容器中，從而防止由于氧氣存在于其中而導致的食物產品的毀壞。此外，本專利技術的聚合物復合物表現出優異的機械強度和較低的剛性，其有利于包裝長期儲存，防止聚合物納米復合物變形和破裂。本領域中沒有提出用十六烷基三甲基銨陽離子改性的層狀硅酸鹽可以賦予PLA突出的機械和阻隔性能，以及耐熱性。因此，本專利技術的一方面涉及包含聚乳酸聚合物和改性層狀硅酸鹽組合物的聚合物納米復合物，該改性層狀硅酸鹽組合物包含改性劑，該改性劑為十六烷基三甲基銨陽離子，該陽離子插入層狀硅酸鹽的層之間。用于本專利技術納米復合物的硅酸鹽屬于層狀硅酸鹽族，優選蒙脫石族。這些化合物的特征在于它們的膨脹性能和高陽離子交換量。不同的化合物可以添加到聚合物納米復合物中，諸如顏料，熱穩定劑，抗氧劑，防水劑，阻燃劑，封端劑，增塑劑，潤滑劑，脫模劑，抗靜電劑，熒光增白劑，加工助劑，擴鏈劑，沖擊改性劑，UV穩定劑，防霧劑和/或不同的填料。加工助劑的實例包括丙烯酸系聚合物。擴鏈劑的實例包括丙烯酸系共聚物。沖擊改性劑的實例包括乙烯，丙烯酸共聚物和聚合物。UV穩定劑的實例包括苯并三唑，苯甲酮和哌啶衍生物?？寡鮿┑膶嵗ū椒樱姿猁}和生育酚?？轨o電劑的實例包括乙氧基脂肪酸酯。增塑劑的實例包括己二酸酯，聚乙二酸酯，檸檬酸酯，乙二醇和聚乙二醇。防霧劑的實例包括乙氧基化脂肪酸酯。本專利技術的另一方面涉及上述定義的納米復合物的制備方法，其包含下列步驟:a)干燥改性層狀硅酸鹽和聚乳酸聚合物，和b)通過擠出機熔融混合生物降解性聚合物和改性層狀硅酸鹽。該聚合物納米復合物的改進的機械、熱和阻隔性能使其在容器，袋子或薄膜方面的用途上是特別有用的。因此本專利技術的其他方面涉及上述定義的由納米復合物制得的容器，袋子或薄膜。附圖說明圖1顯示了不同樣 品的楊氏模量(GPa)，(白色柱)和斷裂伸長(mm)，(黑色柱)。圖2顯示了不同樣品的楊氏模量(GPa)，(白色柱)和斷裂伸長(mm)，(黑色柱)。圖3顯示了不同樣品的熱流-溫度曲線。專利技術詳述如上所述，本專利技術的一方面涉及包含聚乳酸聚合物和改性層狀硅酸鹽組合物的聚合物納米復合物。此處使用的術語“聚合物納米復合物”，指的是聚合材料和增強納米尺寸材料。該增強納米尺寸材料具有至少一個在納米尺寸范圍內的維度。在本專利技術的情況下，增強納米尺寸材料為本專利技術的改性層狀硅酸鹽組合物，其層片厚度為大約lnm。此處使用的術語“層狀硅酸鹽”，指的是層狀的硅酸鹽，其中SiO4四面體以二維片層形式連接在一起并且SiO4四面體與AlO6或MgO八面體的層以2:1或1:1的比率縮合。該負電層吸引正電陽離子(例如，Na+，K+，Ca2+，Mg2+)，其能夠使各層保持在一起?？梢栽诒緦＠夹g范圍內使用的層狀硅酸鹽的非限制性例子為鈉蒙脫石，鎂蒙脫石，鈣蒙脫石。在優選的實施方式中，層狀硅酸鹽為鈉蒙脫石。此處使用的術語“改性層狀硅酸鹽”，指的是層狀硅酸鹽，其中的正電陽離子(例如，Na+，K+，Ca2+，Mg2+)通過離子交換反應與作為改性劑的烷基銨陽離子交換。特別是，本專利技術的改性層狀硅酸鹽包括十六烷基三甲基銨和，任選的乙酰膽堿或膽堿陽離子，作為改性劑。此處使用的術語聚乳酸(PLA)，指的是來自可再生資源的生物降解性，熱塑性，脂肪族聚酯。術語PLA包括聚-L-交酯(PLLA)，該產品源自L，L-交酯的聚合，和聚-D-交酯(TOLA)，該產品源自D，L-交酯的聚合。此處使用的術語PLA包括所有商品等級，商品等級是不同比率的PLLA與TOLA的共聚物。在優選的實施方式中，層狀硅酸鹽組合物/聚乳酸聚合物的比率包括在0.5: 99.5和20: 80重量/重量比率之間。在更優選的實施方式中，層狀硅酸鹽組合物/聚乳酸聚合物的比率包括在2: 98和18: 82重量/重量比率之間。在另一個更優選的實施方式中，層狀硅酸鹽組合物/聚乳酸聚合物的比率包括在4: 96和16: 84重量/重量比率之間。改性劑以相對于層狀硅酸鹽的陽離子交換量(CEC)過量的量添加且被確定為CEC的0.5-10倍的值為最佳。為了使用改性劑混合物來制備這些改性層狀硅酸鹽，首先用膽堿或乙酰膽堿以低濃度(0.1-1CEC)進行交換，然后使用十六烷基三甲基銨實施交換(0.4-9.9CEC)。因此在更優選的實施方式中，在使用改性劑混合物的納米復合物中，乙酰膽堿或膽堿的量為0.20-0.75meq/100g層狀硅酸鹽CEC的值，和十六烷基三甲基銨陽離子的量為5.25-5.80meq/100g層狀硅酸鹽CEC的值。因此在另一個更優選的實施方式中，在使用改性劑混合物的納米復合物中，乙酰膽堿或膽堿的量為0.25-0.50meq/100g層狀硅酸鹽CEC的值，和十六烷基三甲基銨陽離子的量為5.55-5.75meq/100g層狀硅酸鹽CEC的值。 如上所述，該相應的納米復合物可以通過具有下述步驟的方法獲得:a)干燥改性層狀硅酸鹽和聚合物；和b)通過擠出機熔融混合生物降解性聚合物和改性層狀硅酸本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.08.04 EP 10382216.91.一種聚合物納米復合物，包括: a)聚乳酸聚合物；和 b)改性層狀硅酸鹽組合物，其包含改性劑，該改性劑為十六烷基三甲基銨陽離子，該陽離子插入層狀硅酸鹽的層之間。2.根據權利要求1的納米復合物，其中層狀硅酸鹽組合物進一步包含乙酰膽堿陽離子作為改性劑。3.根據權利要求1的納米復合物，其中層狀硅酸鹽組合物進一步包含膽堿陽離子作為改性劑。4.根據權利要求1-3任一項的納米復合物，其中層狀硅酸鹽組合物/聚乳酸聚合物的比率包括在0.5: 99.5至20: 80重量/重量比率之間。5.根據權利要求1-4任一項的納米復合物，其中層狀硅酸鹽選自由鈉蒙脫土，鎂蒙脫土和鈣蒙脫土組成的組。6.根據權利要求5的納米復合物，其中層狀硅酸鹽為鈉蒙脫土。7.根據權利要求2-3任一項的納米復合物，其中乙酰膽堿或膽堿的量為0.10-1.00meq/100g的層狀 硅酸鹽CEC值，和十六烷基三甲基銨陽離子的量為0.4-9.9meq/100g的層狀硅酸鹽CEC值。8.一種制備根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·奧斯尤洛梅羅，M·尤達比尼托，J·M·阿隆索索里阿諾，M·加魯爾布蘭卡，J·M·比爾穆德茲薩爾達納，M·霍塔爾拉莫斯，
申請(專利權)人：包裝，運輸及物流技術研究所ITENE，
類型：
國別省市：